南水北調中線主體工程由水源區工程和輸水工程兩大部分組成。輸水工程即引漢總乾渠和天津乾渠。
1．總乾渠 黃河以南總乾渠線路受已建渠首位置、江淮分水嶺的方城埡口和穿過黃河的範圍限制，走向明確。黃河以北曾比較利用現有河道輸水和新開渠道兩類方案，從保證水質和全線自流兩方面考慮選擇新開渠道的高線方案。總乾渠自南陽市淅川縣陶岔渠首引水，沿已建成的8公里渠道延伸，在伏牛山南麓山前崗壠與平原相間的地帶，向東北行進，經南陽過白河後跨江淮分水嶺方城埡口入淮河流域。經寶丰、禹州、新鄭西，在鄭州西北孤柏咀處穿越黃河。
然後沿太行山東麓山前平原，京港高鐵、京廣鐵路西側北上，至唐縣進入低山丘陵區，過北拒馬河進入北京境，過永定河後進入北京區，終點是玉淵潭。總乾渠全長1241.2公里。天津乾渠自河北徐水縣西黑山村北總乾渠上分水向東至天津西河閘，全長142公里。總乾渠渠首設計水位147.2米，終點49.5米，全線自流，主要控制點水位、流量為：控制點或渠段 設計流量（立方米/秒） 設計水位（黃海標高)(米) 渠首～方城 630（加大800) 147.2～137.8 過黃河 500 119.5～106.0 進河北 415 91.3 進北京 70 61.1 進玉淵潭 40 49.5 天津乾渠 70 64.9～2.7 黃河以南渠道縱坡1/25000；黃河以北1/30000～1/15000。渠道全線按不同土質，分別採用混凝土，水泥土，噴漿抹面等方式全斷面襯砌，防滲減糙。渠道設計水深隨設計流量由南向北遞減，由渠首9.5米到北京3.5米，底寬由5.6米～7米。總乾渠的工程地質條件和主要地質問題已基本清楚。
對所經膨脹土和黃土類渠段的'渠坡穩定問題、飽和砂土段的震動液化問題和高地震裂度段的抗震問題、通過煤礦區的壓煤及採空區塌陷問題等在設計中採取相應工程措施解決。總乾渠溝通長江、淮河、黃河、海河四大流域，需穿過黃河干流及其他集流面積lO平方公里以上河流219條，跨越鐵路44處，需建跨總乾渠的公路橋571座，此外還有節制閘、分水閘、退水建築物和隧洞、暗渠等，總乾渠上各類建築物共936座，其中最大的是穿黃河工程。天津乾渠穿越大小河流48條，有建築物119座。
2．穿黃河工程 總乾渠在黃河流域規劃的鄭州桃花峪水庫庫區穿過黃河，穿黃工程規模大，問題複雜，投資多，是總乾渠上最關鍵的建築物。經多方案綜合研究比較認為，渡槽和隧道倒虹兩種型式技術上均可行。由於隧道方案可避免與黃河河勢、黃河規劃的矛盾，盾構法施工技術國內外都有成功經驗可借鑑。
總結：因此結合兩岸渠線佈置，推薦採用孤柏咀隧道方案。穿黃河隧道工程全長約7.2公里，設計輸水能力500立方米/秒，採用兩條內徑8 初中學習方法.5米圓形斷面隧道。水源區工程為丹江口水利樞紐後期續建和漢江中下游補償工程。
